JP7461217B2 - 光学装置 - Google Patents

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Description

本開示は、鏡として機能する状態と、表示装置として機能する状態と、を切り替えることができる光学装置に関する。
特許文献１には、鏡として機能する状態（鏡像を表示する状態あるいは外光を反射する状態ともいう）と、表示装置として機能する状態（所定の画像を表示する状態あるいは表示光を出射する状態ともいう）と、を切り替えることができる装置が開示されている。当該装置は、所定の画像を表示する表示装置と、当該表示装置に対向して配置される吸収型偏光板と、当該表示装置と当該吸収型偏光板との間に配置される液晶光学素子と、当該表示装置と当該液晶光学素子との間に配置される反射型偏光板と、を備える。
特許第３４１９７６６号公報
特許文献１に開示される装置において、鏡像の表示品質は、反射型偏光板の固定方法によって、大きく低下しうる。
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、光を反射する状態と、光を出射する状態と、を切り替えることができる光学装置において、光反射像の表示品質の低下を抑制することにある。
上記課題を解決するための、本開示の一実施態様による光学装置は、光を出射する状態と光を反射して鏡として機能する状態とを切り替えることができる光学装置であって、光出射面を有する光出射装置と、前記光出射装置の前記光出射面に対向して配置される吸収型偏光板と、前記光出射装置と前記吸収型偏光板との間に配置され、透過する偏光の偏光方向を変換する液晶層を備える液晶光学素子と、前記光出射装置と前記液晶光学素子との間に配置される反射型偏光板と、制御装置と、を備え、前記吸収型偏光板は、当該吸収型偏光板の面内方向において、一方向に沿う吸収軸と前記一方向に直交する方向に沿うように透過軸が位置するように設けられており、前記反射型偏光板は、当該反射型偏光板の面内方向において、前記一方向に沿う反射軸と前記一方向に直交する方向に沿うように透過軸が位置するように設けられており、前記光出射装置は、画像を含む表示光を発光可能な発光装置であり、前記光出射面から前記表示光が出射するときには、前記反射型偏光板の透過軸と同じ偏光成分の偏光を含む光を出射する発光装置であり、前記反射型偏光板は、前記光出射装置を向く表面側にのみ設けられる接着層により前記光出射装置と接着し、前記液晶光学素子とは接着しておらず、前記制御装置は、前記光学装置が光を出射する状態のときには、前記光出射装置から出射される前記表示光が、前記接着層、前記反射型偏光板、前記液晶光学素子および前記吸収型偏光板の順に通過して出射し、前記光学装置が光を反射する状態のときには、当該光学装置に入光する外光が、前記吸収型偏光板および前記液晶光学素子の順に通過して、前記反射型偏光板の反射軸と同じ偏光成分の光が、前記接着層を通ることなく前記反射型偏光板に到達して反射され、当該反射した光が前記液晶光学素子および前記吸収型偏光板の順に通過して出射するように、前記光出射装置の発光および前記液晶光学素子の偏光方向の変換を制御する。
上記構成の光学装置によれば、光反射像の表示品質の低下を抑制することができる。
比較形態による光学装置を概略的に示す断面図である。 比較形態において、光反射像に現れうる欠点を示す顕微鏡写真である。 第１実施形態による光学装置を概略的に示す断面図である。 第２実施形態による光学装置を概略的に示す断面図である。 第３実施形態による光学装置を概略的に示す断面図である。 第１実施形態の変形例による光学装置を示す断面図である。
（比較形態）
本開示に係る実施形態を説明する前に、比較形態を参照しつつ、鏡として機能する状態と、表示装置として機能する状態と、を切り替えることができる光学装置の基本的な構造及び機能を説明する。なお、このような光学装置は、例えば、通常は鏡として機能し、必要な時に車内温度，走行速度等を表示する車両用のルームミラー，サイドミラー等に用いることができる。
図１に、比較形態による光学装置１００を示す。図１を参照しながら、最初に、光学装置１００の構造について説明し、次に、その機能及び動作について説明する。
ここで、便宜のため、水平面に平行な平面を構成するＸ軸及びＹ軸、並びに、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸、からなるＸＹＺ直交座標系を設定する。また、Ｘ軸に沿って進行する直線偏光（電磁波）において、電場（あるいは磁場）が、Ｙ軸に沿って振動する直線偏光をＹ偏光と呼び、Ｚ軸に沿って振動する直線偏光をＺ偏光と呼ぶことにする。
光学装置１００は、文字，画像等を表示する表示装置１０と、例えばＹ偏光を反射してＺ偏光を透過する反射型偏光板２１と、偏光における電場及び磁場の振動方向（偏光方向）を回転させることができる液晶光学素子３０と、例えばＹ偏光を吸収してＺ偏光を透過する吸収型偏光板２２と、透光性を有するガラス部材からなるカバー部材４０と、が順番に配置される構造を有する。
表示装置１０は、光出射装置に該当し、例えば、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いた表示装置である。制御装置２００によって、表示装置１０の表示面１１に、画像を表示するか否か、すなわち、表示面１１から表示光Ｌｄを出射させるか否かが制御される。
なお、表示装置１０を、表示光Ｌｄを出射する光出射装置と呼ぶことがある。また、表示面１１を、光出射面と呼ぶことがある。
反射型偏光板２１には、例えば、ワイヤーグリッドタイプ，多層フィルムタイプ等の偏光板を用いることができる。反射型偏光板２１は、例えば、その反射軸がＹ軸に沿い、その透過軸がＺ軸に沿うように配置される。比較形態において、反射型偏光板２１は、接着層５１を介して、液晶光学素子３０（バック基板３１ｂ）に接着される。
液晶光学素子３０は、偏光の偏光方向を回転させることができる光学素子である。具体的には、例えばＺ偏光をＹ偏光に変換することができる光学素子である。制御装置２００によって、液晶光学素子３０を透過する偏光の偏光方向を回転させるか否かが制御される。
液晶光学素子３０は、主に、対向配置されるバック基板３１ｂ及びフロント基板３１ｆと、バック基板３１ｂ及びフロント基板３１ｆの各々の対向面に設けられるバック電極３２ｂ及びフロント電極３２ｆと、バック電極３２ｂ及びフロント電極３２ｆの各々の対向面に設けられるバック配向膜３３ｂ及びフロント配向膜３３ｆと、バック配向膜３３ｂとフロント配向膜３３ｆとに挟まれ、方向によって屈折率（誘電率）が異なる液晶分子を含む液晶層３４と、を含む。
バック基板３１ｂ及びフロント基板３１ｆには、例えば透光性を有するガラス基板が用いられる。バック電極３２ｂ及びフロント電極３２ｆには、例えばインジウム錫酸化物を含む、透光性を有する導電部材が用いられる。
バック配向膜３３ｂ及びフロント配向膜３３ｆには、例えばポリイミドが用いられ、一軸配向処理（例えばラビング処理）が施されている。バック配向膜３３ｂには、例えばＹ軸に沿った一軸配向処理が施されており、フロント配向膜３３ｆには、例えばＺ軸に沿った一軸配向処理が施されている。
液晶層３４には、例えばツイストネマチックタイプの液晶材料が用いられる。
液晶層３４に電圧が印加されていないとき（通常状態）、バック配向膜３３ｂ近傍に位置する液晶分子はＹ軸に沿って配向し、フロント配向膜３３ｆ近傍に位置する液晶分子はＺ軸に沿って配向する。そして、バック配向膜３３ｂとフロント配向膜３３ｆとの間に位置する液晶分子は、バック配向膜３３ｂからフロント配向膜３３ｆに向かって、約９０°捻じれるように配向する。
バック電極３２ｂ及びフロント電極３２ｆを介して液晶層３４に電圧が印加されたとき（駆動状態）、ＹＺ平面にほぼ平行に配向している液晶分子は、Ｘ軸に沿って配向する。つまり、液晶分子は、バック電極３２ｂ及びフロント電極３２ｆに対してほぼ垂直に立ち上がる。
通常状態において、液晶光学素子３０は、透過する偏光の偏光方向を回転させる。つまり、例えば、Ｚ偏光が入射されたとき、Ｙ偏光を出射する。また、駆動状態において、液晶光学素子３０は、透過する偏光の偏光方向を回転させない。つまり、例えば、Ｚ偏光が入射されたとき、Ｚ偏光をそのまま出射する。
吸収型偏光板２２には、例えば、染料系，ヨウ素系等の偏光板を用いることができる。吸収型偏光板２２は、例えば、その吸収軸がＹ軸に沿い、その透過軸がＺ軸に沿うように配置される。比較形態において、吸収型偏光板２２は、接着層５２を介して、液晶光学素子３０（フロント基板３１ｆ）に接着される。
接着層５１，５２は、透光性を有する接着剤から構成される。接着層５１，５２の厚みは、例えば５～１０μｍ程度である。
次に、比較形態による光学装置１００の機能及び動作について説明する。最初に、光学装置１００が、表示機器として機能する場合について説明し、次に、鏡として機能する場合について説明する。
光学装置１００は、表示装置１０の表示面１１に画像を表示させ、液晶層３４に電圧を印加して液晶光学素子３０を駆動状態としたときに、表示機器として機能する。
表示装置１０から出射される表示光Ｌｄが、反射型偏光板２１に入射すると、表示光ＬｄのうちのＺ偏光のみが反射型偏光板２１を透過する。反射型偏光板２１を透過したＺ偏光が、駆動状態における液晶光学素子３０に入射すると、当該Ｚ偏光は、偏光方向が回転されずに、そのまま液晶光学素子３０を透過する。液晶光学素子３０を透過したＺ偏光は、吸収型偏光板２２及びカバー部材４０を透過して、観察者に到達する。これにより、観察者は、表示装置１０から出射される表示光Ｌｄ、すなわち、表示面１１に表示される画像を認識することができる。
一方、光学装置１００は、表示装置１０の表示面１１に画像を表示させず、液晶層３４に電圧を印加せずに液晶光学素子３０を通常状態としたときに、鏡として機能する。
カバー部材４０を透過した外光Ｌｏが、吸収型偏光板２２に入射すると、外光ＬｏのうちのＺ偏光のみが吸収型偏光板２２を透過する。吸収型偏光板２２を透過したＺ偏光が、通常状態における液晶光学素子３０、特にその液晶層３４に入射すると、当該Ｚ偏光がＹ偏光に変換されて、液晶層３４を透過する。
液晶層３４により変換されたＹ偏光が、反射型偏光板２１に入射すると、当該Ｙ偏光が反射型偏光板２１により反射される。反射型偏光板２１により反射されたＹ偏光が、液晶層３４に入射すると、当該Ｙ偏光が再度Ｚ偏光に変換される。液晶層３４により再変換されたＺ偏光は、吸収型偏光板２２及びカバー部材４０を透過して、観察者に到達する。これにより、観察者は、反射型偏光板２１による光反射像（鏡像）を認識することができる。
反射型偏光板２１による光反射像には、歪み，欠点等がないことが好ましい。しかし、反射型偏光板２１を接着層５１を介して液晶光学素子３０に貼り付ける際、ゴミ，ホコリ等の異物が反射型偏光板２１と液晶光学素子３０（つまり、接着層５１とバック基板３１ｂ）との間に混入し、当該異物が光反射像の欠点として観察される場合がある。
図２に、比較形態において、反射型偏光板２１と液晶光学素子３０との間に異物が混入した際に現れる光反射像の欠点を液晶光学素子３０側から観察した状態を示す。反射型偏光板２１と液晶光学素子３０との間に異物が混入すると、異物の周囲に、接着層５１が相対的に厚くなる又は薄くなる部分、反射型偏光板２１又は液晶光学素子３０が接着層５１から剥離する（気泡が混入する）部分、等が生じうる。結果として、光反射像には、異物の１０倍以上のサイズの欠点が発現する可能性がある。
光学装置１００において、このような欠点の発現は抑制されることが望ましく、少なくとも、欠点のサイズを異物のサイズと同じ程度に抑えて、欠点を目立たないようにすることが好ましい。以下に、実施形態として、このような光反射像の欠点が目立ちにくい光学装置について説明する。
（第１実施形態）
図３に、第１実施形態による光学装置１０１の構造を示す。第１実施形態による光学装置１０１は、反射型偏光板２１の固定方法を除いて、比較形態による光学装置１００と同じ構造及び構成を有する。
光学装置１０１において、反射型偏光板２１は、表示装置１０の表示面１１に接着される。接着層５３が、反射型偏光板２１の、表示装置１０を向く表面に設けられており、接着層５３により、反射型偏光板２１と表示装置１０とが接着される。
第１実施形態において、反射型偏光板２１により反射される偏光は、反射型偏光板２１と表示装置１０との接着界面、あるいはそれらを接着する接着層５３を通過しない。このため、反射型偏光板２１と表示装置１０との間に異物が混入した場合でも、異物，当該異物の混入に起因する接着層５３の気泡等に対応する欠点が、光反射像に現れない。
このように、接着層５３が、反射型偏光板２１の、表示装置１０を向く表面に設けられることにより、接着層５３に混入しうる異物が光反射像に与える影響を小さくすることができる。これにより、異物の混入に伴う光反射像の欠点を目立ちにくくして、光反射像の表示品質の低下を抑制することができる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、反射型偏光板２１が表示装置１０に貼り付けられていた。しかし、反射型偏光板２１は、別途用意した透光プレートに貼り付けられていてもよい。以下では、第２実施形態として、反射型偏光板２１が透光プレートに貼り付けられた光学装置について説明する。
図４に、第２実施形態による光学装置１０２の構造を示す。第２実施形態による光学装置１０２は、反射型偏光板２１の固定方法を除いて、第１実施形態による光学装置１０１と同じ構造及び構成を有する。
光学装置１０２において、反射型偏光板２１は、透光プレート６０に接着される。接着層５３が、反射型偏光板２１の、表示装置１０を向く表面に設けられており、接着層５３により、反射型偏光板２１と透光プレート６０とが接着される。
透光プレート６０は、例えば、透光性を有するガラス部材から構成される。なお、透光プレート６０は、透光性を有し、反射型偏光板２１を支持できる部材であればどのような部材でもよい。
反射型偏光板２１は、このように固定されていてもよい。なお、比較的厚みのある透光プレート６０を用いることにより、光学装置１０２全体の剛性（歪みあるいは撓みに対する耐性）を高めることができる。
（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態では、所望の画像を表示する手段として、有機ＥＬ素子を用いた表示装置１０を例示した。しかし、所望の画像を表示する手段として、液晶表示素子を含む光出射装置を用いてもよい。以下では、第３実施形態として、液晶表示素子を含む光出射装置を用いた光学装置について説明する。
図５に、第３実施形態による光学装置１０３の構造を示す。第３実施形態による光学装置１０３は、表示装置１０が光出射装置７０に代替されている点を除いて、第１実施形態による光学装置１０１と同じ構造及び構成を有する。
光学装置１０３では、表示装置１０に替わって、光出射装置７０が用いられる。光出射装置７０は、反射型偏光板２１と接着する液晶表示素子７１と、液晶表示素子７１に光を照射する光源７２と、液晶表示素子７１と光源７２との間に配置される偏光フィルム７３と、を含む。
液晶表示素子７１は、７セグメント型，ドットマトリックス型等の電極構造を有し、ＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ），ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）等の駆動方式により駆動される。偏光フィルム７３は、反射型偏光板２１に対して例えばクロスニコルに配置されており、光出射装置７０は、反射型偏光板２１と組み合わせて、画像を表示する手段として機能する。
このように、表示装置１０に替えて、反射型偏光板２１と組み合わせることにより画像を表示する手段として機能する光出射装置７０を用いてもよい。
（変形例）
図６に、第１実施形態の変形例による光学装置１０４を示す。なお、本変形例は、第２実施形態及び第３実施形態にも適用可能である。
第１実施形態では、反射型偏光板２１が表示装置１０に貼り付けられている。この場合に、視角補償フィルム，アンチグレアフィルム等の光学フィルム８１を液晶光学素子３０に貼り付けてもよい。
通常、このような光学フィルム８１は、反射型偏光板２１と重ねて、液晶光学素子３０に貼り付けられる。光学フィルム８１及び反射型偏光板２１は、一般に、可撓性あるいは柔軟性を有しており、それらを重ねて液晶光学素子３０に貼り付けると、反射型偏光板２１の平坦性が損なわれ、反射型偏光板２１による光反射像が歪む可能性がある。
光学フィルム８１と反射型偏光板２１とを、別々の部材に貼り付けることにより、反射型偏光板２１の平坦性が保たれ、反射型偏光板２１による光反射像の歪みを防ぐことができる。また、光学フィルムの貼付方法として、光学フィルム８１及び反射型偏光板２１を重ねて同一の部材に貼り付ける方法よりも、光学フィルム８１と反射型偏光板２１とを別々の部材に貼り付ける方法のほうが、より容易である。
なお、第１実施形態では、吸収型偏光板２２が液晶光学素子３０に貼り付けられている。しかし、吸収型偏光板２２は、液晶光学素子３０ではなく、カバー部材４０に貼り付けられていてもよい。
この場合、視角補償フィルム，アンチグレアフィルム等の光学フィルム８２を液晶光学素子３０に貼り付けてもよい。上述したように、光学フィルムの貼付方法として、光学フィルム８２及び吸収型偏光板２２を重ねて同一の部材に貼り付ける方法よりも、光学フィルム８２と吸収型偏光板２２とを別々の部材に貼り付ける方法のほうが、より容易である。なお、吸収型偏光板２２を液晶光学素子３０に貼り付けて、光学フィルム８２をカバー部材４０に貼り付けてもよい。
以上、実施形態及びその変形例に沿って、本開示を説明したが、本開示はこれらに制限されるものではない。種々変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１０ 光出射装置（有機ＥＬ表示装置）
１１ 光出射面（表示面）
２１ 反射型偏光板
２２ 吸収型偏光板
３０ 液晶光学素子
３１ｆ フロント基板
３１ｂ バック基板
３２ｆ フロント電極
３２ｂ バック電極
３３ｆ フロント配向膜
３３ｂ バック配向膜
３４ 液晶層
４０ カバー部材
５１～５４ 接着層
６０ 透光プレート
７０ 光出射装置
７１ 液晶表示素子
７２ 光源
７３ 偏光フィルム
８１，８２ 光学フィルム
１００ 光学装置（比較形態）
１０１ 光学装置（第１実施形態）
１０２ 光学装置（第２実施形態）
１０３ 光学装置（第３実施形態）
２００ 制御装置

Claims (5)

  1. 光を出射する状態と光を反射して鏡として機能する状態とを切り替えることができる光学装置であって、
    光出射面を有する光出射装置と、
    前記光出射装置の前記光出射面に対向して配置される吸収型偏光板と、
    前記光出射装置と前記吸収型偏光板との間に配置され、透過する偏光の偏光方向を変換する液晶層を備える液晶光学素子と、
    前記光出射装置と前記液晶光学素子との間に配置される反射型偏光板と、
    制御装置と、
    を備え、
    前記吸収型偏光板は、当該吸収型偏光板の面内方向において、一方向に沿う吸収軸と前記一方向に直交する方向に沿うように透過軸が位置するように設けられており、
    前記反射型偏光板は、当該反射型偏光板の面内方向において、前記一方向に沿う反射軸と前記一方向に直交する方向に沿うように透過軸が位置するように設けられており、
    前記光出射装置は、画像を含む表示光を発光可能な発光装置であり、前記光出射面から前記表示光が出射するときには、前記反射型偏光板の透過軸と同じ偏光成分の偏光を含む光を出射する発光装置であり、
    前記反射型偏光板は、前記光出射装置を向く表面側にのみ設けられる接着層により前記光出射装置と接着し、前記液晶光学素子とは接着しておらず、
    前記制御装置は、
    前記光学装置が光を出射する状態のときには、前記光出射装置から出射される前記表示光が、前記接着層、前記反射型偏光板、前記液晶光学素子および前記吸収型偏光板の順に通過して出射し、
    前記光学装置が光を反射する状態のときには、当該光学装置に入光する外光が、前記吸収型偏光板および前記液晶光学素子の順に通過して、前記反射型偏光板の反射軸と同じ偏光成分の光が、前記接着層を通ることなく前記反射型偏光板に到達して反射され、当該反射した光が前記液晶光学素子および前記吸収型偏光板の順に通過して出射するように、
    前記光出射装置の発光および前記液晶光学素子の偏光方向の変換を制御する、
    光学装置。
  2. 前記光出射装置は、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いた表示装置である、
    請求項１に記載の光学装置。
  3. 前記反射型偏光板は、ワイヤーグリッドタイプまたは多層フィルムタイプの偏光板である、
    請求項１または２に記載の光学装置。
  4. 前記液晶光学素子の、前記反射型偏光板を向く表面に貼り付けられる光学フィルムをさらに備える、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の光学装置。
  5. 前記光学装置が、車両用のルームミラーまたはサイドミラーである、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の光学装置。
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